不怕大洪水的斜張橋

斜張橋的斜拉鋼纜與高聳橋塔，常成為某些景點的重要地標，加上其結構特殊造成的大跨徑，可減少橋墩落在河道上的數目，降低橋墩遭洪水沖垮的潛在風險，因而受到現代工程師的青睞。

審稿／中央大學土木系兼任助理教授　蔡俊鐿；交通部國道新建工程局規劃組橋梁科科長　羅財怡

莫拉克颱風沖垮了全台 41 座橋梁，這些斷橋全屬於跨徑短、橋墩數多的梁式橋，只要一個橋墩被沖垮，橋梁就會斷裂。部份學者因此建議，未來若是興建超過數百公尺的河川橋，最好採用跨徑大、不需立太多橋墩的斜張橋，才能降低急遽暴漲的河水沖垮橋梁的風險。斜張橋是用鋼纜撐起橋梁重量，並以「斜拉」方式將橋身拉至橋塔固定。近幾年台灣其實已興建幾座斜張橋，像 1999 年通車的南二高高屏溪主橋，是台灣首座高速公路斜張橋；南投集鹿大橋、苗栗新東大橋、台北大直橋、淡水漁人碼頭情人橋等也都屬於斜張橋。

最早的斜張橋是 1784 年建於瑞士，以木材斜拉的Loscher-type橋；1821 年，法國Poyet-type橋已進步到使用鋼棒懸吊橋面。直到二次大戰後，斜張橋才受到重視，主要原因是所需的建材很少，正好能解決戰後物資缺乏的窘境。之後由於施工技術、材料力學、電腦運算速度等突飛猛進，再加上斜張橋的橋塔及鋼纜能組合出多種深具科技美感的造型，因此備受橋梁工程師的喜愛。

斜拉以節省建材，又兼顧安全性
中央大學土木系兼任助理教授蔡俊鐿表示，斜張橋之所以能節省建材，是因為斜拉綱纜造成的力學特性，使得橋的跨徑可以很長，不需立太多橋墩，而且可以使梁深變薄。跨徑指的是橋墩與橋墩之間的距離，就目前技術，斜張橋跨徑可達 1000 公尺，如 2008 年完工的中國蘇通大橋，跨徑就長達 1088 公尺，相較之下，利用橋墩撐起橋面重量的梁式橋，一般只有30~50公尺。跨徑大的好處在於面對山谷、大河、海洋等不易立橋墩的地方時，可以降低施工困難度及橋墩被河川沖垮的潛在風險。

在斜張橋上，鋼纜從橋塔斜拉至橋身，會產生一個斜向的張力，張力的垂直分力負責向上拉起橋梁的重量，取代原本用橋墩撐住橋梁的力量。橋塔高度越高，垂直分力越大；然而也不能毫無限制地提高橋塔高度，因為鋼纜還必須提供足夠的水平分力。橋塔高度從橋面起算，通常約為跨徑的 1/5~1/3，假設要興建跨徑為1公里的斜張橋，橋塔高度就必須介於 200~330 公尺之間。

鋼纜的水平分力主要是用來製造「預力」效果。蔡俊鐿表示，預力的概念就像是要將 5 本水平排列的書一次提起，我們一定會以雙手從左右兩邊相壓再拿起，這是因為施予書本的水平力提供了書本間較大的正向力，使摩擦力增加，因此書本較不易掉下。同理，若在橋面兩端施以向內的水平預力，以混凝土橋為例，預力會使混凝土的結構產生預壓力，因此不易彎曲，可相對提高橋的承載重量，也就能降低橋梁深度，這不但能節省材料，同時讓造型更為輕巧。